FR3076738A1 - Dispositif, systeme de filtration et procede de surveillance de colmatage - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un dispositif de filtration (1) à particules comprenant : - une entrée de fluide (20), - une sortie de fluide (21), - un premier circuit d'écoulement de fluide (31) comprenant une première zone de filtration (2) présentant une première surface de filtration (S1), - un deuxième circuit d'écoulement de fluide (32) comprenant une deuxième zone de filtration (3) présentant une deuxième surface de filtration (S2) et une restriction (4) présentant une résistance hydraulique constante, de sorte qu'en fonctionnement, une première partie du fluide s'écoule par le premier circuit d'écoulement (31) en passant à travers la première zone de filtration (2) et une deuxième partie du fluide s'écoule par le deuxième circuit d'écoulement (32) en passant à travers la deuxième zone de filtration (3) et la restriction (4), et la première zone de filtration (2) atteint un état de colmatage prédéterminé avant la deuxième zone de filtration (3).
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne un dispositif et un système de filtration à particules. De plus, l’invention concerne un procédé de surveillance de l’état de colmatage d’un dispositif de filtration à particules.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Il est connu de filtrer un fluide au moyen d’un dispositif de filtration à particules.
A cet effet, le dispositif de filtration comprend généralement une cartouche de filtration comprenant une ou plusieurs zones de filtration formées par un ou plusieurs média(s) présentant une structure poreuse permettant de retenir les particules présentes dans ledit fluide.
Au cours du temps, la ou les zone(s) de filtration du dispositif finissent par se colmater. Il faut alors nettoyer ces zones de filtration, ou les remplacer.
Par ailleurs, afin de pouvoir procéder aux opérations de maintenance, il peut être nécessaire de connaître l’évolution de l’état de colmatage du dispositif de filtration.
Lorsqu’un dispositif de filtration à particules se colmate, la différence des pressions totales entre l’amont et l’aval ΔΡ du dispositif de filtration augmente au fur et à mesure du colmatage.
En mesurant cette différence de pression, ou un paramètre qui lui est corrélé, comme un écart de pressions statiques, éventuellement corrigées, de la pression dynamique, il est possible d’obtenir une estimation de l’état de colmatage du dispositif de filtration.
Le cas échéant, il est connu de post-traiter la mesure de différence de pressions pour prendre en compte les effets du débit et de la température du fluide, qui influent sur les propriétés du fluide, et donc sur la différence de pression. Des modèles de colmatage permettent alors d’estimer le niveau de colmatage du dispositif de filtration dans des conditions de référence.
On a représenté en Figure 1 un exemple d’évolution temporelle de cette différence de pression pour un dispositif de filtration à particules classique, avec des hypothèses de débit, de température et de concentration en particules constants.
Comme illustré sur la Figure 1, la courbe comprend principalement deux phases de colmatage (P1 et P2).
Dans la première phase de colmatage P1, l’accroissement de la différence de pression ΔΡ est faible. Dans la deuxième phase de colmatage P2, l’accroissement de la différence de pression ΔΡ devient subitement très rapide.
Du fait de cette évolution caractéristique, il s’avère donc que la prédiction du niveau de colmatage est rendue très difficile dans la première phase. II apparaît en effet qu’il existe peu de sensibilité de la mesure de la différence de pression ΔΡ vis-à-vis de l’état de colmatage, mais aussi que, dans certains cas, le niveau de différence de pression ΔΡ peut être trop faible par rapport au bruit des instruments de mesure. Dans la deuxième phase, l’accroissement rapide de la différence de pression ΔΡ réduit fortement le temps de réaction possible, notamment pour le déclenchement d’une opération de maintenance, en vue d’un remplacement de la cartouche de filtration.
On connaît des dispositifs incluant une cartouche qui comprend plusieurs zones de filtrations fonctionnant en parallèle, les zones de filtration présentant des efficacités de filtration différentes l’une de l’autre. Cette caractéristique permet d’augmenter la durée de vie du dispositif. En effet, une première zone de filtration très efficace se colmate rapidement, tandis qu’une deuxième zone de filtration, moins efficace que la première zone de filtration, se colmate plus lentement. Une fois la première zone de filtration colmatée, le dispositif peut encore fonctionner grâce à la deuxième zone de filtration. Cependant, une fois la première zone de filtration colmatée, le dispositif de filtration fonctionne avec une efficacité dégradée. De tels dispositifs ne sont donc pas adaptés pour être utilisés dans des applications qui nécessitent de garantir une efficacité de filtration constante pendant toute la durée de vie du dispositif.
D’autres dispositifs sont également connus incluant une cartouche qui comprend plusieurs zones de filtration présentant des efficacités de filtration identiques. Ces dispositifs comprennent généralement un clapet permettant de diriger le flux de fluide sélectivement à travers la première zone de filtration ou à travers la deuxième zone de filtration. De cette manière, le fluide est initialement dirigé uniquement vers la première zone de filtration jusqu’à ce que celle-ci soit colmatée. Une fois la première zone de filtration colmatée, le clapet est actionné afin de diriger le fluide uniquement vers la deuxième zone de filtration, qui prend ainsi le relai de la première zone de filtration. Un tel dispositif permet de maintenir une efficacité de filtration sensiblement constante. Cependant, il ne permet pas de surveiller de manière précise l’état de colmatage du dispositif. En effet, il est difficile d’anticiper le colmatage de la deuxième zone de filtration pour les raisons qui ont été exposées précédemment en relation avec la figure 1.
La détection du colmatage du dispositif de filtration n’est donc pas optimale. Il existe donc un besoin pour un dispositif de filtration dont le colmatage peut être plus facilement anticipé, tout en assurant la même qualité de filtration tout au long du fonctionnement du dispositif de filtration.
RESUME DE L’INVENTION
Un but de l’invention est donc de rendre plus fiable la détection de l’état de colmatage d’un dispositif de filtration, afin notamment de faciliter les opérations de maintenance du dispositif.
Selon un premier aspect l’invention propose un dispositif de filtration à particules pour la filtration d’un fluide comprenant :
- une entrée de fluide,
- une sortie de fluide,
- un premier circuit d’écoulement de fluide reliant l’entrée de fluide à la sortie de fluide et comprenant une première zone de filtration présentant une première surface de filtration et une première efficacité de filtration pour une taille de particule donnée, et
- un deuxième circuit d’écoulement de fluide reliant l’entrée de fluide à la sortie de fluide, et comprenant une deuxième zone de filtration présentant une deuxième surface de filtration et une deuxième efficacité de filtration, identique à la première efficacité de filtration, pour la taille de particule donnée, et une restriction présentant une résistance hydraulique constante, de sorte qu’en fonctionnement, une première partie du fluide s’écoule par le premier circuit d’écoulement en passant à travers la première zone de filtration et une deuxième partie du fluide s’écoule par le deuxième circuit d’écoulement en passant à travers la deuxième zone de filtration et la restriction, et la première zone de filtration atteint un état de colmatage prédéterminé avant la deuxième zone de filtration.
Dans un tel dispositif de filtration, la présence de la restriction dans le deuxième circuit a pour effet d’orienter initialement le flux de fluide majoritairement à travers le premier circuit. Cela a pour effet que la première zone de filtration se colmate plus rapidement que la deuxième zone de filtration, alors même que ces deux zones de filtration présentent des efficacités de filtration identiques. De ce fait, la différence de pression entre l’entrée de fluide et la sortie de fluide augmente plus rapidement et est plus facilement détectable que dans un dispositif de filtration classique, ce qui permet de mieux anticiper les opérations de maintenance. En outre, à mesure que le niveau de colmatage de la première zone de filtration augmente, le flux de fluide s’oriente préférentiellement vers le deuxième circuit. Ainsi, la deuxième zone de filtration prend progressivement le relai sur la première zone de filtration, ce qui permet d’assurer une qualité de filtration constante au cours du fonctionnement, et similaire à celle des dispositifs de filtration de l’art antérieur.
Avantageusement, mais facultativement, le dispositif de filtration peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- il comprend un flasque supérieur, un flasque inférieur, un canal central de circulation de fluide, un premier média de filtration entourant le canal central et un deuxième média de filtration entourant le canal central, le premier média de filtration et le deuxième média de filtration formant respectivement la première zone de filtration et la deuxième zone de filtration,
- il comprend un flasque intermédiaire disposé entre le premier média de filtration et le deuxième média de filtration, et dans lequel la restriction comprend une ou plusieurs perforations formée(s) dans le flasque intermédiaire,
- la ou les perforation(s) sont situées à l’extérieur du canal central de circulation de fluide,
- la ou les perforation(s) sont situées à l’intérieur du canal central de circulation de fluide,
- la restriction est disposée en aval de la deuxième zone de filtration dans le sens de l’écoulement du fluide dans le deuxième circuit,
- la restriction est disposée en amont de la deuxième zone de filtration dans le sens de l’écoulement du fluide dans le deuxième circuit,
- le rapport entre la première surface de filtration et la somme des première et deuxième surfaces de filtration est compris entre 0,3 et 0,7, de préférence entre 0,4 et 0,6 , par exemple 0,5,
- il comprend une cartouche filtrante remplaçable comprenant la première zone de filtration, la deuxième zone de filtration et la restriction, et un carter propre à contenir la cartouche filtrante et délimitant avec la cartouche filtrante le premier circuit et le deuxième circuit d’écoulement de fluide,
- le carter comprend une paroi entourant la cartouche filtrante, la paroi présentant une forme générale de révolution, par exemple cylindrique de révolution ou conique de révolution,
- le carter comprend une tête de carter propre à être assemblée avec la cartouche filtrante et présentant des buses de raccordement pour raccorder l’entrée de fluide et la sortie de fluide à des conduites de circulation du fluide,
- il comprend o une première cartouche filtrante remplaçable comprenant la première zone de filtration, o une deuxième cartouche filtrante remplaçable comprenant la deuxième zone de filtration, et o un second canal de raccordement reliant la première cartouche filtrante et la deuxième cartouche filtrante, le second canal de raccordement formant la restriction, et
- les efficacités de filtration sont comprises entre 95% et 100%, de préférence comprises entre 98% et 99,9%, par exemple 99,5%, pour la taille de particule donnée,
- la taille de particule donnée est comprise entre 2 et 25 microns,
- la taille de particule donnée est comprise entre 8 et 50 microns.
L’invention concerne également un procédé de surveillance de l’état de colmatage d’un dispositif de filtration tel que défini précédemment, comprenant les étapes consistant à :
- mesurer une différence de pression entre l’entrée de fluide et la sortie de fluide,
- mesurer une température du fluide et un débit de fluide à l’entrée de fluide,
- déterminer un état de colmatage à partir de la différence de pression, de la température du fluide et du débit de fluide mesurés, et d’une courbe caractéristique de référence définissant un état de colmatage en fonction de la différence de pression.
Le procédé peut en outre comprendre une étape consistant à déterminer la courbe caractéristique en soumettant un dispositif de filtration de référence à une circulation d’un fluide contenant des particules avec une composition, des caractéristiques, et un taux de concentration prédéterminés, à une température et à un débit prédéterminés, et en mesurant une évolution de la différence de pression entre l’entrée de fluide et la sortie de fluide au cours du temps.
L’invention porte enfin sur un système de filtration pour la filtration d’un fluide, comprenant un dispositif de filtration tel que défini précédemment, et un module de surveillance de l’état de colmatage du dispositif de filtration, le module de surveillance étant configuré pour recevoir des signaux représentatifs d’une différence de pression entre l’entrée de fluide et la sortie de fluide, de la température et du débit de fluide à l’entrée de fluide, et pour déterminer un état de colmatage du dispositif de filtration en fonction de la différence de pression entre l’entrée de fluide et la sortie de fluide, de la température et du débit de fluide à l’entrée de fluide.
L’invention présente de nombreux avantages.
L’invention propose une solution assurant une détection et une prédiction fiables et robustes de l’état de colmatage d’un dispositif de filtration.
De plus, l’invention propose une solution flexible, permettant d’ajuster, dès la conception du dispositif de filtration, l’évolution temporelle de la perte de pression à travers le dispositif de filtration.
La solution proposée induit peu de pertes de charge vis-à-vis de dispositifs de filtration classiques présentant une surface de filtration totale équivalente, ce qui signifie que les performances du dispositif de filtration sont maintenues quasiment à l’identique.
Enfin, la solution est peu coûteuse et s’adapte facilement aux systèmes de filtration existants.
DESCRIPTION DES DESSINS
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la Figure 1, déjà commentée, représente une courbe de perte de pression en fonction du temps, pour un dispositif de filtration de l’art antérieur ;
- la Figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif de filtration conforme à un mode de réalisation de l’invention ;
- la Figure 3 illustre schématiquement la notion de rapport de filtration ;
- les Figures 4a à 4d représentent des exemples de dispositif de filtration à particules comprenant une unique cartouche filtrante remplaçable et un carter propre à recevoir la cartouche filtrante ;
- la Figure 5a représente un premier mode réalisation d’un dispositif de filtration comprenant une restriction sous la forme d’un canal à section réduite ;
- la Figure 5b représente un second mode de réalisation d’un dispositif de filtration comprenant une restriction sous la forme d’un canal à section réduite ;
- la Figure 6 représente un exemple de courbes de colmatage, obtenues pour un dispositif de filtration de l’art antérieur et pour un exemple de dispositif de filtration selon l’invention ;
- la Figure 7 représente diverses courbes de pertes de pression en fonction du temps obtenues par simulation pour différents rapports entre la première surface de filtration et la somme des première et deuxième surfaces de filtration, dans des conditions de fonctionnement identiques
DESCRIPTION DETAILLEE
Dispositifs de filtration à particules
On a représenté en Figure 2 un mode de réalisation d’un dispositif de filtration 1 à particules pour la filtration d’un fluide. Le fluide est typiquement un liquide utilisé dans les circuits aéronautiques, par exemple dans les circuits de carburant, de l’huile de lubrification, ou de l’huile de commande hydraulique.
Le dispositif de filtration 1 comprend une entrée de fluide 20, une sortie de fluide 21, un premier circuit d’écoulement de fluide 31 reliant l’entrée de fluide 20 à la sortie de fluide 21 et un deuxième circuit d’écoulement de fluide 32 reliant l’entrée de fluide 20 à la sortie de fluide 21. En outre le premier circuit d’écoulement de fluide 31 comprend une première zone de filtration 2, et le deuxième circuit d’écoulement de fluide 32 comprend une deuxième zone de filtration 3 et une restriction 4 présentant une résistance hydraulique donnée constante.
Par « résistance hydraulique » on désigne le rapport entre la différence de pression du fluide créée par la restriction 4 entre l’amont et l’aval de la restriction 4 et le débit volumique de fluide circulant à travers la restriction 4. Par « constante », on entend que la résistance à l’écoulement du fluide au travers de la restriction 4 est indépendante de la quantité de polluants circulant dans le dispositif de filtration 1 ainsi que de l’état de colmatage des zones de filtration 2, 3.
En fonctionnement, le fluide s’écoule à travers le dispositif de filtration 1 selon un sens d’écoulement 17, qui est orienté depuis l’entrée 20 de fluide du dispositif de filtration 1 vers la sortie de fluide 21 du dispositif de filtration 1.
Une première partie du fluide s’écoule par le premier circuit d’écoulement de fluide 31 en passant à travers la première zone de filtration et une deuxième partie de fluide s’écoule par le deuxième circuit d’écoulement de fluide 32 en passant à travers la deuxième zone de filtration et la restriction 4.
Les particules du fluide qui doivent être filtrées sont par exemple des polluants.
Comme illustré en Figure 2, la première zone de filtration 2 présente une première surface de filtration S1, qui est la surface développée d’un premier média filtrant 201 de la première zone 2. De manière connue, ce média filtrant 201 est un milieu poreux qui laisse s’écouler le fluide et retient les particules présentes dans ledit fluide. La deuxième zone 3 de filtration, présente une deuxième surface de filtration S2, qui est la surface développée d’un second média filtrant 301 de la deuxième zone 3.
La première zone de filtration 2 présente en outre une première efficacité de filtration Ei pour une taille de particule P donnée, et la deuxième zone de filtration 3 présente une deuxième efficacité de filtration E2 pour la même taille de particule donnée P. De plus, la première efficacité de filtration E1 est identique à la deuxième efficacité de filtration E2.
L’efficacité de filtration E se définit à l’aide d’un rapport de filtration R, pour une taille de particule P donnée. En référence à la figure 3, le rapport de filtration R d’une zone de filtration 23 se définit, en fonctionnement, comme le rapport entre le nombre de particules, de taille P donnée, comptabilisées à l’amont de la zone de filtration 23, et le nombre de particules, de même taille P donnée, comptabilisées à l’aval de ladite zone de filtration 23. Plus précisément, comme illustré en figure 3, le rapport de filtration R fournit le nombre de particules de taille P donnée retenues par la zone de filtration 23 en fonctionnement, pour une particule de taille P donnée non retenue par ladite zone de filtration 23. Par la suite, l’efficacité de filtration E se définit de la manière suivante :
R - 1
E = —— * 100
R où R désigne le rapport de filtration tel que décrit ci-dessus, l’efficacité de filtration E s’exprimant généralement en pourcentage.
Comme illustré sur la figure 3, le rapport de filtration R et l’efficacité de filtration d’une zone de filtration 23 sont mesurés de la manière suivante : on fait circuler un fluide contenant un nombre Namont de particules de la taille P donnée à travers ladite zone de filtration 23. Une fois que la totalité du fluide a circulé à travers ladite zone de filtration 23, le nombre Navai de particules restant dans le fluide, en aval de la zone de filtration 23, est comptabilisé. La comptabilisation peut être effectuée selon n’importe quel protocole bien connu de l’homme du métier, par exemple par comptage au moyen d’un détecteur optique ou électromagnétique des particules de taille P donnée. Le rapport de filtration R est ensuite fourni de la manière suivante :
r _ ^amont
Naval
Dans le dispositif de filtration 1, le rapport de filtration Ri de la première zone de filtration 2 est identique au rapport de filtration R2 de la deuxième zone de filtration 3, à plus ou moins 20% près. En outre, les efficacités de filtration E1, E2 des zones de filtration 2, 3 du dispositif de filtration 1 ont été mesurées dans les mêmes conditions expérimentales. Plus exactement, lesdites efficacités de filtration E1, E2 ont été calculées lors d’opérations telles que précédemment décrites, en utilisant les mêmes paramètres (i.e. même fluide, mêmes particules filtrées, même température, etc.).
Avantageusement, les rapports de filtration Ri, R2des zones de filtration 2, 3 du dispositif de filtration 1 sont de 200 pour la taille de particule P donnée. Ceci correspond à des efficacités de filtration E1, E2 comprises entre 95% et 100%, de préférence comprise entre 98% et 99,9%, par exemple égales à 99,5%. En outre, lorsque le dispositif de filtration 1 est mis en œuvre dans des systèmes de lubrification, et/ou de refroidissement, et/ou hydraulique, la taille de particule donnée P est comprise entre 2 et 25 microns. De même, lorsque le dispositif de filtration 1 est mis en œuvre dans des systèmes carburant, la taille de particule donnée P est comprise entre 8 et 50 microns. En tout état de cause, la taille de particule donnée est comprise entre 2 et 50 microns.
Les zones de filtration 2 et 3 sont distinctes mais peuvent appartenir, ou non, à une même cartouche 15, comme explicité par la suite.
La restriction 4 peut être disposée en amont ou en aval de la deuxième zone 3 de filtration, par rapport au sens d’écoulement 17 du fluide. Disposer la restriction 4 en aval de la deuxième zone 3 de filtration permet avantageusement de prévenir sa pollution par le fluide.
On note que le dispositif de filtration 1 peut comprendre une pluralité X de zones de filtration (X>2). Dans ce cas, il est possible de disposer une pluralité de restrictions 4 en amont, ou en aval, de certaines des zones X, de filtration, les autres zones Xj, j^î de filtration ne présentant pas de restriction à l’écoulement du fluide. En outre, les X zones de filtration présentent chacune une efficacité de filtration Ex, pour la même taille de particule P donnée, les efficacités de filtration Ex, étant identiques entre elles.
On a représenté sur les figures 3a à 3d des exemples de réalisation d’un dispositif de filtration 1.
Sur la figure 4a, le dispositif de filtration 1 comprend une cartouche filtrante remplaçable 15 et un carter 16 propre à contenir la cartouche filtrante 15. Le carter 16 comprend une paroi 160 entourant la cartouche filtrante 15, la paroi 160 présentant une forme générale cylindrique de révolution ou conique.
Le carter 16 est surmontée d’une tête de carter 171 propre à être assemblé avec la cartouche filtrante 15 et présentant des buses 172 de raccordement pour raccorder l’entrée de fluide 20 et la sortie de fluide 21 à des conduites de circulation du fluide. Le carter 16 délimite avec la cartouche filtrante 15 le premier circuit 31 et le deuxième circuit 32 d’écoulement de fluide.
La cartouche filtrante 15 comprend une première zone de filtration 2, une deuxième zone de filtration 3 et une restriction 4. En général, les opérations de maintenance du dispositif de filtration 1, lors de la détection du colmatage, consistent à remplacer la cartouche filtrante 15 par une nouvelle cartouche filtrante 15 non colmatée.
Le dispositif de filtration 1 comprend en outre un flasque supérieur 41, un flasque inférieur 42, un tube central 43 reliant les flasques supérieur 41 et inférieur 42 entre eux, un premier média de filtration 201 entourant le tube central 43 et un deuxième média de filtration 301 entourant le tube central 43, le premier média de filtration 201 et le deuxième média de filtration 301 formant respectivement la première zone de filtration 2 et la deuxième zone de filtration 3.
Le dispositif de filtration 1 comprend par ailleurs un flasque intermédiaire 44 disposé entre le flasque supérieur 41 et le flasque inférieur 42. La restriction 4 comprend une ou plusieurs perforations 12 formée(s) dans le flasque intermédiaire 44. La restriction 4 est ainsi disposée, selon le sens d’écoulement 17 du fluide, entre la première zone de filtration 2 et la deuxième zone 3 de filtration.
Le tube central 43 peut alors être formé d’une seule pièce, ou de deux pièces fixées de part et d’autre du flasque intermédiaire 44.
Les diamètres des perforations 12 sont choisis pour éviter un colmatage de la restriction 4.
Les zones 2 et 3 de filtration sont de révolution, par exemple de forme de type cylindrique, autour d’un axe de symétrie X-X du dispositif de filtration 1, qui est l’axe du tube central 43, et sont empilées l’une sur l’autre.
Le tube central 43 délimite un canal central 430 d’écoulement du fluide.
Le fluide entre dans le carter 16 par l’entrée 20 et en ressort par la sortie 21. Une première partie du fluide traverse la première zone de filtration 2 et ressort du dispositif de filtration 1. Simultanément, une deuxième partie du fluide traverse successivement la restriction 4 et la deuxième zone 3 de filtration, mais non la première zone 2 de filtration, puis ressort du dispositif de filtration 1. La répartition du débit de fluide entre ces deux zones 2, 3 dépend de la période temporelle, comme explicité par la suite.
Comme visible sur les figures, le fluide peut circuler à travers la cartouche 15 en passant à travers les médias de filtration 201, 301 en pénétrant par la surface externe de chaque média de filtration 201,301, et en ressortant par la surface interne du média de filtration 201, 301 (figures 4a et
4b). Autrement dit, le fluide passe à travers les médias de filtration 201, 301 vers l’axe de symétrie X-X.
Alternativement, le fluide peut circuler à travers la cartouche 15 en passant à travers les médias de filtration 201,301 en pénétrant par la surface interne de chaque média de filtration 201,301, et en ressortant par la surface externe du média de filtration 201, 301 (figures 4c et 4d). Autrement dit, le fluide passe à travers les médias de filtration 201, 301 depuis l’axe de symétrie X-X.
De plus, la restriction 4 peut être agencée en aval (figures 3a et 3c) ou en amont (figures 4b et 4d) de la deuxième zone de filtration 3, par rapport au sens d’écoulement 17 du fluide.
Par ailleurs, le flasque intermédiaire 44 peut comprendre une extension à l’intérieur du canal central de circulation 430 (figures 4a et 4d), l’extension présentant une ou plusieurs perforations 12 formant la restriction 4.
Sur la figure 4b, le flasque intermédiaire 44 comprend une extension en saillie entourant la cartouche filtrante 15, l’extension présentant une ou plusieurs perforations 12 réparties de manière circonférentielles autour de l’axe X-X. L’extension est par exemple un anneau perforé s’étendant en saillie à l’extérieur du tube central 43, ou un flasque en saillie. Alternativement, c’est le carter 16, au niveau de sa surface interne, qui comprend une extension en saillie. La position de cette extension selon l’axe de révolution X-X du carter 16 est calibrée pour correspondre à la jonction entre la première zone de filtration 2 et la deuxième zone de filtration 3 lorsque la cartouche filtrante 15 est positionnée dans le carter 16.
Dans ces exemples de réalisation, la première zone de filtration 2 et la deuxième zone de filtration 3 sont raccordées en parallèle entre l’entrée 20 et la sortie 21 du dispositif de filtration 1.
Les extensions du flasque intermédiaire 44 associées aux perforations 12, créent une résistance à l’écoulement du fluide en amont ou en aval de la deuxième zone 3 de filtration.
Si nécessaire, un ou plusieurs joints d’étanchéité 25 sont prévus, lesdits joints 25 étant par exemple disposés au niveau de la jonction avec le carter 16 et/ou de la jonction avec les médias filtrant 201 et 301.
Un joint d’étanchéité 25 peut notamment s’avérer nécessaire si les dimensions des perforations 12 sont d’un ordre comparable aux jeux envisagés sans étanchéité.
Le joint d’étanchéité 25 est par exemple un joint torique s’étendant autour de l’extension 12, entre l’extension 12 et la paroi 160 du carter 16.
Si un joint d’étanchéité 25 est requis, celui-ci est par exemple porté par la cartouche filtrante 15, ou également par le carter 16, au même niveau que l’extension 12.
On a illustré en Figure 5a un autre exemple de réalisation d’un dispositif de filtration 1 comprenant deux cartouches filtrantes 15i et 152 distinctes.
Le dispositif de filtration 1 comprend typiquement :
- une première cartouche filtrante 15i remplaçable comprenant la première zone 2 de filtration,
- une deuxième cartouche filtrante 152 remplaçable comprenant la deuxième zone 3 de filtration.
La restriction 4 est disposée dans le second canal de raccordement 18 d’écoulement connectant la première cartouche filtrante 15i à la deuxième cartouche filtrante 152.
La première cartouche filtrante 15i est par exemple reçue dans un premier carter 16i du dispositif de filtration 1, et la deuxième cartouche filtrante 152 est par exemple reçue dans un deuxième carter 162 du dispositif de filtration 1. La première cartouche filtrante 15i et le premier carter I61 peuvent avantageusement présenter respectivement la même forme, et être de même taille, que la deuxième cartouche filtrante 152 et le deuxième carter I62. En variante, ils peuvent être de taille et/ou de forme différentes.
Les carters 161, 162 sont en général fixées sur la tête 30 du dispositif de filtration 1, la tête 30 comprenant également au moins un canal d’évacuation du fluide 21.
Comme visible sur la figure 5a, dans cet exemple de réalisation, le fluide circule à travers les zones de filtration 2 et 3 depuis la surface radialement externe vers la surface radialement interne de chacune des zones de filtration 2 et 3.
Dans cet exemple de réalisation, la résistance hydraulique de la restriction 4 vient du fait que la section de premier canal de raccordement 19 en amont de la première zone de filtration 2 est supérieure à la section de second canal de raccordement 18 en amont de la deuxième zone de filtration 3.
En variante, comme illustré sur la figure 5b, le fluide circule à travers les zones de filtration 2 et 3 depuis la surface radialement interne vers la surface radialement externe de chacune des zones de filtration 2 et 3.
Dans cette variante, la restriction est constituée de la différence de section entre le second canal de raccordement 18 en amont de la seconde cartouche filtrante 152 et le premier canal de raccordement 19 disposé entre la sortie de fluide 21 et la première cartouche filtrante 15i.
Fonctionnement du dispositif de filtration à particules
Le principe du fonctionnement du dispositif de filtration 1 peut être décrit de la façon suivante.
Le dispositif de filtration 1 permet l’obtention d’un colmatage en deux étapes.
En fonctionnement, le dispositif de filtration 1 est configuré pour autoriser un écoulement d’une première partie du fluide par le premier circuit d’écoulement 31 en passant à travers la première zone de filtration 2, et d’une deuxième partie du fluide par le deuxième circuit d’écoulement 32 en passant à travers la deuxième zone de filtration 3 et la restriction 4.
Toutefois, le débit du fluide à travers ces zones de filtration 2 et 3 est différent, et ce malgré le caractère identique de la première efficacité Ei et de la deuxième efficacité E2 de filtration. Le débit du fluide suit en effet la distribution suivante.
Dans une première plage temporelle, le dispositif de filtration 1 autorise un écoulement du fluide préférentiellement à travers la première zone de filtration 2. Cet écoulement préférentiel est induit par la présence de la restriction 4 dans le deuxième circuit d’écoulement 32. Le débit du fluide qui traverse la première zone de filtration 2 est donc supérieur au débit du fluide qui travers la deuxième zone de filtration 3.
Dans une deuxième plage temporelle, en général consécutive à la première plage temporelle, le dispositif de filtration 1 autorise un écoulement du fluide préférentiellement à travers la deuxième zone de filtration 3. Ceci vient du fait que, lorsque le colmatage de la première zone de filtration 2 est devenu tel qu’il offre une résistance hydraulique à l’écoulement du fluide supérieure à celle de la restriction 4 et de la deuxième zone de filtration 3, alors l’écoulement de fluide s’oriente préférentiellement à travers la seconde zone de filtration 3. Le débit du fluide qui traverse la deuxième zone de filtration 3 est donc supérieur au débit du fluide qui traverse la première zone de filtration 2.
Ce fonctionnement permet à la première zone de filtration 2 d’atteindre un état de colmatage prédéterminé avant la deuxième zone de filtration 3, les deux zones 2 et 3 étant continuellement fonctionnelles avec la même efficacité de filtration E1, E2.
On définit un « état de colmatage » d’une zone de filtration comme le rapport entre une quantité de polluant capté par la zone à un instant donné, et une quantité de polluant maximale prédéfinie à partir de laquelle la zone est considérée comme colmatée. L’état de colmatage peut, par exemple, être exprimé en pourcentage. Un « colmatage » peut quant à lui être exprimé en quantité de polluants capté par unité de surface filtrante (en g/dm2 par exemple). On comprend, avec cette définition, que plus l’état de colmatage d’une zone de filtration augmente, plus le débit du fluide à travers la zone diminue.
Le dispositif de filtration 1 permet d’obtenir un colmatage en deux étapes, grâce à une exposition simultanée des deux zones de filtration 2 et 3 au fluide circulant entre l’entrée 20 et la sortie 21.
La première zone de filtration 2 (surface de filtration S1 ) et la deuxième zone de filtration 3 (surface de filtration S2, non nécessairement identique à S1 ) sont toutes les deux exposées, de manière simultanée, au fluide circulant à travers le dispositif de filtration 1. Elles sont donc toutes les deux susceptibles de se colmater.
Le dispositif de filtration peut être modélisé de la façon suivante.
Sj + s2 = ST
S1 = λϊ,
0<λ<1
Dans ces équations, St est la surface totale d’un dispositif de filtration équivalent comprenant une unique zone de filtration.
L’une des deux surfaces (S1) est favorisée par rapport à l’autre (S2) qui est protégée du flux par la restriction 4. Ceci permet de faire chuter la pression totale du fluide qui se situe en amont de la seconde surface filtrante S2.
La perte de pression APrestriction à travers la restriction 4 a une évolution (quadratique) en fonction du débit volumique à travers la deuxième zone 3 de filtration, ou de façon équivalente, en fonction de la vitesse (V2) de passage du fluide à travers la deuxième zone 3 de filtration.
APre5inCi/0«-^-x^É,5inciw(Re)i avec :
p : masse volumique du fluide (kg.rrr3) ;
: vitesse de fluide (m.s’1) ξ : coefficient de perte de charge hydraulique du frein
Le coefficient ζ . . caractérise la dissipation d’énergie mécanique du fluide sous forme de chaleur au passage de la restriction 4, et dépend de la géométrie de la restriction 4 et du nombre de Reynolds de l’écoulement du fluide au travers de la restriction 4.
Le fonctionnement du dispositif de filtration 1 va être décrit plus en détail sur un exemple dans lequel S1=S2. Cet exemple n’est toutefois pas limitatif.
Dans une première plage temporelle, le fluide entrant dans le dispositif de filtration 1 est préférentiellement orienté vers la première zone de filtration 2.
On note que le débit du fluide à travers la première zone de filtration 2 est supérieur au débit moyen qui serait constaté sur une surface de référence St unique (St = S1 + S2).
Par conséquent, le colmatage de la première zone de filtration 2 va plus rapidement causer une valeur de différence de pression ΔΡ significative, et ce pour deux raisons : premièrement, l’apport en particules est supérieur à la densité moyenne observée pour une unique surface St, et deuxièmement le débit du fluide au niveau de cette première zone de filtration 2 est supérieur au débit moyen observé pour une unique surface St.
Un accroissement plus rapide de la perte de pression ΔΡ entre l’entrée 20 et la sortie 21 du dispositif de filtration 1 est obtenu, ce qui permet de relever les valeurs initiales et moyennes de la perte de pression de différence de pression ΔΡ globale entre l’entrée 20 et la sortie de fluide 21.
On a représenté en Figure 6 des courbes de colmatage obtenues avec deux dispositifs de filtration différents, l’un comprenant une restriction 4 selon un exemple de réalisation de l’invention, et l’autre étant un dispositif classique conforme à l’art antérieur. Ces courbes de colmatage fournissent l’évolution de perte de pression ΔΡ à travers chaque dispositif de filtration en fonction de la masse de polluant captée par le dispositif de filtration.
Comme on peut le constater, la courbe obtenue pour un dispositif de filtration 1 selon un exemple de réalisation de l’invention présente un accroissement plus régulier et moins brusque que la courbe associée aux dispositifs de filtration classiques de l’art antérieur, pour une efficacité de filtration identique. La détection du colmatage s’en trouve donc facilitée.
Plus le niveau de colmatage augmente dans la première zone de filtration 2, plus la deuxième zone de filtration 3 redevient propice à l’écoulement. En effet, en raison du colmatage progressif de la première zone 2 de filtration, le fluide a tendance à se diriger préférentiellement vers la deuxième zone de filtration 3 malgré la présence de la restriction 4. A mesure que la première zone de filtration 2 se colmate, le débit du fluide à travers la deuxième zone de filtration 3 croît, et finit donc par devenir supérieur au débit du fluide à travers la première zone de filtration 2, qui décroît.
Progressivement, la deuxième zone de filtration 3 se colmate également.
De façon continue, on réalise donc un déséquilibre du système qui permet de linéariser la courbe de colmatage qui fournit la différence de pression ΔΡ en fonction du temps, la différence de pression ΔΡ étant directement corrélé à la densité de colmatage. Cette linéarisation est illustrée sur la figure 6.
Une fois les deux zones de filtration 2 et 3 colmatées, le niveau de perte de charge APmax est sensiblement égal à celui qu’on aurait constaté avec un dispositif de filtration présentant une unique surface de filtration St, ce qui permet de conserver de bonnes performances d’autonomie (i.e. de capacité de rétention du dispositif de filtration 1 ) tout en obtenant un système plus linéaire et plus fiable, puisqu’il n’est pas nécessaire d’utiliser des pièces mobiles susceptibles d’augmenter les modes et probabilités de défaillance du dispositif et du système de filtration..
Calibration du dispositif de filtration
Il est possible de calibrer le dispositif de filtration 1 afin de répondre à des spécifications. Les spécifications peuvent notamment porter sur l’évolution temporelle de la perte de pression du fluide à travers le dispositif de filtration 1, qui est la courbe généralement utilisée pour détecter le colmatage du dispositif de filtration 1. Les spécifications peuvent également comprendre une valeur maximale de perte de pression APmax lorsque le dispositif de filtration 1 est totalement colmaté, ou après une période temporelle prédéterminée.
La calibration du dispositif de filtration 1 peut être réalisée de la manière suivante.
Il ressort de la modélisation du fonctionnement du dispositif de filtration 1 que différents paramètres influent sur la courbe de colmatage, pour un fluide donné et des conditions expérimentales données, et en particulier :
- la surface S1 de filtration de la première zone de filtration 2 ;
- la surface S2 de filtration de la deuxième zone de filtration 3 ;
- la résistance hydraulique de la restriction 4.
La résistance hydraulique de la restriction 4 dépend de paramètres géométriques de la restriction 4. Par exemple, dans le cas d’une extension comprenant des perforations 12, le nombre et le diamètre des perforations 12 conditionnent la résistance à l’écoulement. Dans le cas d’un canal 18 à section réduite, la section du canal conditionne la résistance à l’écoulement.
La courbe de colmatage peut être simulée par ordinateur, pour un dispositif de filtration donné. Il est donc possible de répondre aux spécifications temporelles en effectuant des itérations sur un ou plusieurs des paramètres précités.
Par exemple, en Figure 7, plusieurs courbes de colmatage ont été simulées pour différentes valeurs de rapport de surface λ = —, pour un fluide
S7· donné et dans des conditions expérimentales données.
En Figure 7, la courbe en trait plein C1 correspond à À = 0,15, la courbe en traits pointillés longs C2 correspond à À = 0,25, la courbe en traits pointillés alternés longs et courts C3 correspond à À = 0,5 et la courbe en traits pointillés courts C4 correspond à À = 0,9.
Pour ce dispositif de filtration, la courbe C3 présente le profil le plus optimal. En effet, elle ne présente pas de variations trop brusques. En outre, elle n’introduit pas de perte de pression supplémentaire lorsque le dispositif de filtration 1 est complètement colmaté.
Procédé de surveillance d’un état de colmatage
Le dispositif de filtration 1 est mis en œuvre pour filtrer un fluide contenant des particules.
Il s’avère donc utile d’être en mesure de surveiller l’état de colmatage du dispositif 1 lors de son fonctionnement, de sorte à pouvoir prédire les opérations de maintenance ou détecter un événement inhabituel au sein du circuit hydraulique. Un tel événement peut être par exemple la rupture d’un composant de circuit aéronautique entraînant le déversement soudain d’une grande quantité de particules au sein du fluide.
Le colmatage du dispositif de filtration 1 peut être détecté en mesurant la perte de pression ΔΡ à travers le dispositif de filtration 1 (entre l’entrée de fluide 20 et la sortie de fluide 21 ) en fonction du temps.
La relation entre la perte de pression ΔΡ et le colmatage du dispositif de filtration 1 s’exprime par un modèle de colmatage. Ce modèle est connu dès la conception du dispositif de filtration 1 et peut être fourni par le fabricant. Ce modèle fournit notamment une courbe caractéristique de référence définissant un état de colmatage en fonction de la différence de pression ΔΡ et en fonction de la température du fluide et un débit de fluide à l’entrée de fluide. Ce modèle peut enfin être le résultat d’une calibration du dispositif de filtration 1.
Il est également possible de prévoir une étape préalable consistant à déterminer la courbe caractéristique en soumettant un dispositif de filtration 1 de référence à une circulation d’un fluide contenant des particules avec une composition, des caractéristiques, et un taux de concentration prédéterminés, à une température prédéterminée et à un débit prédéterminé, et en mesurant une évolution de la différence de pression entre l’entrée de fluide et la sortie de fluide au cours du temps.
Ainsi un procédé de de surveillance d’un état de colmatage d’un dispositif de filtration 1 peut comprendre les étapes consistant à :
- mesurer une différence de pression entre l’entrée de fluide et la sortie de fluide,
- mesurer une température du fluide et un débit de fluide à l’entrée de fluide, et
- déterminer un état de colmatage à partir de la différence de pression, de la température et du débit de fluide mesurés, et d’une courbe caractéristique de référence définissant un état de colmatage en fonction de la différence de pression.
Système de filtration à particules
Un système de surveillance d’un état de colmatage du dispositif de filtration 1 peut comprendre, outre le dispositif 1, un module de surveillance de l’état de colmatage du dispositif de filtration 1, le module de surveillance étant configuré pour recevoir un signal représentatif d’une différence de pression entre l’entrée de fluide 20 et la sortie de fluide 21 et pour déterminer un état de colmatage du dispositif de filtration 1 en fonction de la différence de pression. Cette détermination est permise par comparaison avec une courbe caractéristique de référence définissant un état de colmatage en fonction de la différence de pression. Cette courbe peut être fournie par le fabricant ou déterminée préalablement par l’utilisateur, lors d’une étape de calibration du dispositif de filtration 1 ou non.
Le module de surveillance de l’état de colmatage précédemment décrit peut également être configuré pour recevoir des signaux représentatifs de la température et du débit de fluide à l’entrée de fluide 20, et pour tenir compte de la température du fluide et du débit de fluide dans la détermination de l’état de colmatage.
En tout état de cause, le module de surveillance du système de surveillance est configuré pour mettre en œuvre le procédé de surveillance de l’état de colmatage du dispositif 1, tel que précédemment décrit.
L’invention trouve de nombreuses applications, notamment dans le domaine de l’aéronautique, ou dans tout autre domaine technique nécessitant un dispositif de filtration à particules dont le colmatage doit être détecté.
REVENDICATIONS
Claims (18)
1. Dispositif de filtration (1) à particules pour la filtration d’un fluide comprenant :
- une entrée de fluide (20),
- une sortie de fluide (21 ),
- un premier circuit d’écoulement de fluide (31 ) reliant l’entrée de fluide (20) à la sortie de fluide (21) et comprenant une première zone de filtration (2) présentant une première surface de filtration (Si) et une première efficacité de filtration (Ei) pour une taille de particule donnée (P), et
- un deuxième circuit d’écoulement de fluide (32) reliant l’entrée de fluide (20) à la sortie de fluide (21), et comprenant une deuxième zone de filtration (3) présentant une deuxième surface de filtration (S2) et une deuxième efficacité de filtration (E2), identique à la première efficacité de filtration (2), pour la taille de particule donnée (P), et une restriction (4) présentant une résistance hydraulique constante, de sorte qu’en fonctionnement, une première partie du fluide s’écoule par le premier circuit d’écoulement (31) en passant à travers la première zone de filtration (2) et une deuxième partie du fluide s’écoule par le deuxième circuit d’écoulement (32) en passant à travers la deuxième zone de filtration (3) et la restriction (4), et la première zone de filtration (2) atteint un état de colmatage prédéterminé avant la deuxième zone de filtration (3).
2. Dispositif de filtration (1) selon la revendication 1, comprenant un flasque supérieur (41), un flasque inférieur (42), un canal central (430) de circulation de fluide, un premier média de filtration (201) entourant le canal central (430) et un deuxième média de filtration (301) entourant le canal central (430), le premier média de filtration (201) et le deuxième média de filtration (301) formant respectivement la première zone de filtration (2) et la deuxième zone de filtration (3).
3. Dispositif de filtration (1) selon la revendication 2, comprenant un flasque intermédiaire (44) disposé entre le premier média de filtration (201) et le deuxième média de filtration (301), et dans lequel la restriction (4) comprend une ou plusieurs perforations (12) formée(s) dans le flasque intermédiaire (44).
4. Dispositif de filtration (1 ) selon la revendication 3, dans lequel la ou les perforation(s) (12) sont situées à l’extérieur du canal central (430) de circulation de fluide.
5. Dispositif de filtration (1 ) selon la revendication 3, dans lequel la ou les perforation(s) (12) sont situées à l’intérieur du canal central (430) de circulation de fluide.
6. Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la restriction (4) est disposée en aval de la deuxième zone de filtration (3) dans le sens de l’écoulement du fluide dans le deuxième circuit (32).
7. Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la restriction (4) est disposée en amont de la deuxième zone de filtration (3) dans le sens de l’écoulement du fluide dans le deuxième circuit (32).
8. Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le rapport entre la première surface de filtration (Si) et la somme des première et deuxième surfaces de filtration (St) est compris entre 0,3 et 0,7, de préférence entre 0,4 et 0,6, par exemple 0,5.
9. Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant une cartouche filtrante remplaçable (15) comprenant la première zone de filtration (2), la deuxième zone de filtration (3) et la restriction (4), et un carter (16) propre à contenir la cartouche filtrante (15) et délimitant avec la cartouche filtrante (15) le premier circuit (31) et le deuxième circuit (32) d’écoulement de fluide.
10. Dispositif de filtration (1 ) selon la revendication 9, dans lequel le carter (16) comprend une paroi (160) entourant la cartouche filtrante (15), la paroi (160) présentant une forme générale de révolution, par exemple cylindrique de révolution ou conique de révolution.
11. Dispositif de filtration (1 ) selon l’une des revendications 9 ou 10, dans lequel le carter (16) comprend une tête de carter (171) propre à être assemblée avec la cartouche filtrante (15) et présentant des buses de raccordement (172) pour raccorder l’entrée de fluide (20) et la sortie de fluide (21) à des conduites de circulation du fluide.
12. Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 10 comprenant :
- une première cartouche filtrante remplaçable (15i) comprenant la première zone de filtration (2),
- une deuxième cartouche filtrante remplaçable (152) comprenant la deuxième zone de filtration (3), et
- un second canal de raccordement (18) reliant la première cartouche filtrante (15i) et la deuxième cartouche filtrante (152), le second canal de raccordement (18) formant la restriction (4).
13. Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel les efficacités de filtration (Ei, E2) sont comprises entre 95% et 100%, de préférence comprises entre 98% et 99,9%, par exemple 99,5%, pour la taille de particule donnée (P).
14. Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel la taille de particule donnée (P) est comprise entre 2 et 25 microns.
15. Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel la taille de particule donnée (P) est comprise entre 8 et 50 microns.
16. Procédé de surveillance de l’état de colmatage d’un dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 15, comprenant des étapes consistant à :
- mesurer une différence de pression entre l’entrée de fluide (20) et la sortie de fluide (21),
- mesurer une température du fluide et un débit de fluide à l’entrée de fluide (20), et
- déterminer un état de colmatage à partir de la différence de pression, de la température du fluide et du débit de fluide mesurés, et d’une courbe caractéristique de référence définissant un état de colmatage en fonction de la différence de pression.
17. Procédé selon la revendication 16, comprenant en outre une étape préalable consistant à déterminer la courbe caractéristique en soumettant un dispositif de filtration (1) de référence à une circulation d’un fluide contenant des particules avec une composition, des caractéristiques, et un taux de concentration prédéterminés, à une température et à un débit prédéterminés, et en mesurant une évolution de la différence de pression entre l’entrée de fluide (20) et la sortie de fluide (21 ) au cours du temps.
18. Système de filtration pour la filtration d’un fluide, comprenant un dispositif de filtration (1 ) selon l’une des revendications 1 à 15, et un module de surveillance de l’état de colmatage du dispositif de filtration (1), le module de surveillance étant configuré pour recevoir des signaux représentatifs d’une différence de pression entre l’entrée de fluide (20) et la sortie de fluide (21), de la température et du débit de fluide à l’entrée de fluide (20), et pour déterminer un état de colmatage du dispositif de filtration (1) en fonction de la différence de pression entre l’entrée de fluide (20) et la sortie de fluide (21 ), de la température et du débit de fluide à l’entrée de fluide (20).
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FIG. 1
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4422790A (en) * | 1981-04-04 | 1983-12-27 | Knecht Filterwerke Gmbh | Connecting means for filter cartridges |
| WO2002007856A1 (fr) * | 2000-07-26 | 2002-01-31 | Moulage Industriel De Perseigne 'mip' | Boitier de microfiltration |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4422790A (en) * | 1981-04-04 | 1983-12-27 | Knecht Filterwerke Gmbh | Connecting means for filter cartridges |
| US20030106847A1 (en) * | 2000-01-14 | 2003-06-12 | Norbert Sann | Filter device |
| WO2002007856A1 (fr) * | 2000-07-26 | 2002-01-31 | Moulage Industriel De Perseigne 'mip' | Boitier de microfiltration |
| FR2975015A1 (fr) * | 2011-05-12 | 2012-11-16 | Snecma | Procede de surveillance d'un filtre |
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| WO2016010973A1 (fr) * | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Cummins Filtration Ip, Inc. | Interface de cartouche filtrante |
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